IT201800009461A1 - Materiali di attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti - Google Patents

Materiali di attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti Download PDF

Info

Publication number
IT201800009461A1
IT201800009461A1 IT102018000009461A IT201800009461A IT201800009461A1 IT 201800009461 A1 IT201800009461 A1 IT 201800009461A1 IT 102018000009461 A IT102018000009461 A IT 102018000009461A IT 201800009461 A IT201800009461 A IT 201800009461A IT 201800009461 A1 IT201800009461 A1 IT 201800009461A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
weight
friction material
amount ranging
binder
present
Prior art date
Application number
IT102018000009461A
Other languages
English (en)
Inventor
Flavio Rampinelli
Luca Bottalico
Andrea Bonfanti
Alessandro Sanguinet
Alessandro Samela
Original Assignee
Heidelbergcement Ag
Freni Brembo Spa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heidelbergcement Ag, Freni Brembo Spa filed Critical Heidelbergcement Ag
Priority to IT102018000009461A priority Critical patent/IT201800009461A1/it
Priority to CN201980067635.4A priority patent/CN112840142B/zh
Priority to US17/285,765 priority patent/US20210388880A1/en
Priority to EP19801627.1A priority patent/EP3867546A1/en
Priority to JP2021520990A priority patent/JP2022505087A/ja
Priority to PCT/IB2019/058737 priority patent/WO2020079562A1/en
Publication of IT201800009461A1 publication Critical patent/IT201800009461A1/it

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Compositions of linings; Methods of manufacturing
    • F16D69/027—Compositions based on metals or inorganic oxides
    • F16D69/028—Compositions based on metals or inorganic oxides containing fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/022—Carbon
    • C04B14/024—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/48—Metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/06—Oxides, Hydroxides
    • C04B22/062—Oxides, Hydroxides of the alkali or alkaline-earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/08—Acids or salts thereof
    • C04B22/14—Acids or salts thereof containing sulfur in the anion, e.g. sulfides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/021—Ash cements, e.g. fly ash cements ; Cements based on incineration residues, e.g. alkali-activated slags from waste incineration ; Kiln dust cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/08—Slag cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/48—Clinker treatment
    • C04B7/52—Grinding ; After-treatment of ground cement
    • C04B7/527—Grinding ; After-treatment of ground cement obtaining cements characterised by fineness, e.g. by multi-modal particle size distribution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/04—Bands, shoes or pads; Pivots or supporting members therefor
    • F16D65/092—Bands, shoes or pads; Pivots or supporting members therefor for axially-engaging brakes, e.g. disc brakes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/10—Accelerators; Activators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00362—Friction materials, e.g. used as brake linings, anti-skid materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/006—Materials; Production methods therefor containing fibres or particles
    • F16D2200/0065—Inorganic, e.g. non-asbestos mineral fibres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2200/00—Materials; Production methods therefor
    • F16D2200/006—Materials; Production methods therefor containing fibres or particles
    • F16D2200/0073—Materials; Production methods therefor containing fibres or particles having lubricating properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Description

“Materiali di attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti”
La presente invenzione riguarda materiali d’attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti.
La presente invenzione s’inserisce nel settore dei materiali di attrito per pastiglie frenanti che, come noto, devono possedere una composizione tale da garantire prestazioni uniformi e affidabili in un’ampia gamma di condizioni operative.
In particolare, poiché le pastiglie dei freni a disco per veicoli operano in condizioni di esercizio particolarmente gravose, dovendo garantire allo stesso tempo affidabilità e lunga durata, i produttori hanno costantemente cercato di migliorare le caratteristiche e le prestazioni dei relativi materiali d’attrito.
La pastiglia frenante è formata da un supporto, in genere metallico, e da uno strato che garantisce l’attrito composto da diversi materiali. E' possibile favorire l’efficienza (cioè la capacità frenante) o la durata della pastiglia, scegliendo opportunamente la composizione del materiale d’attrito e le proprietà del materiale stesso.
Allo stato dell’arte sono stati sviluppati ad esempio, materiali di attrito contenenti acciaio e differenti tipi di metalli in quantità variabili (quali: rame, alluminio, zinco, ecc.) e comprendenti, quale elemento legante, resine termoindurenti tra le quali resine fenoliche tal quali e/o fenoliche modificate/derivate (siliconiche, acriliche, epossidiche). Queste resine termoindurenti, presenti in molti materiali di attrito per pastiglie frenanti in una percentuale compresa tra il 5% e il 20% in peso rispetto al peso totale della composizione del materiale d’attrito, richiedono un processo di stampaggio a caldo della mescola frenante e garantiscono ottime prestazioni finali della pastiglia frenante, quali: capacità frenante, resistenza all’usura e all’abrasione, ecc.
L’impiego delle resine fenoliche termoindurenti presenta però alcuni svantaggi, primo fra tutti un problema di eco-sostenibilità e potenziale tossicità. Tali resine, a seguito di degradazione termo-ossidativa sia durante la lavorazione sia durante l’utilizzo del prodotto finito, possono infatti rilasciare sostanze tossiche accertate e/o potenzialmente tossiche derivanti da fenolo e formaldeide, componenti base della resina. Ai sensi del regolamento EC 1272/2008 il fenolo è classificato come sostanza tossica, nocivo in caso di prolungato contatto con la pelle e mutageno di classe 3. Conseguentemente la ricerca di alternative per ridurre l’immissione di fenoli nell’ambiente è attiva in molti settori di ricerca industriale; tale problema è stato affrontato anche nel settore dei materiali di attrito. Nell’ambito dell’attività di ricerca di nuovi materiali d'attrito i richiedenti hanno depositato le domande di brevetto WO 2014/203142 e WO2017/068541 in cui sono state sviluppate composizioni leganti a base di un legante idraulico, prive di resine fenoliche termoindurenti, e tali da garantire prestazioni uniformi e affidabili in una vasta gamma di condizioni operative.
In WO 2014/203142 è stata sviluppata una composizione legante a base di un legante idraulico che sostituisce già completamente la resina fenolica termoindurente, garantendo globalmente migliorate prestazioni della pastiglia frenante. Capacità frenante, resistenza all’usura, resistenza all’abrasione, ecc. risultano comparabili a quelle delle pastiglie frenanti secondo lo stato dell’arte realizzate con leganti in resina termoindurente e le caratteristiche tribologiche del materiale d’attrito secondo WO 2014/203142 sono state determinate attraverso le prove denominate “SAE J2522” (di seguito indicata come “AK Master”). La prova AK Master è un test di carattere prestazionale, nel quale si testa una coppia di pastiglie in varie condizioni di frenata: dopo una fase di rodaggio, si simulano una serie di frenate a diverse pressioni, velocità e temperature (basse, intermedie e alte), e frenate caratteristiche, quali frenate a freddo e frenate autostradali.
Il materiale oggetto della domanda di brevetto WO 2014/203142 ha superato brillantemente la prova AK Master sopra descritta, permettendo altresì la realizzazione di pastiglie frenanti a base cementizia mediante un processo di stampaggio a compressione.
Il materiale oggetto della domanda di brevetto WO 2014/203142 si era rivelato tuttavia poco performante quando sottoposto a test più esigenti (per esempio quando sottoposto a un test tribologico denominato "test interno ad alta temperatura") in condizioni di temperatura più severe, analoghe a quelle previste per verificare la resistenza al riscaldamento e all'uso intensivo dell’impianto frenante su vetture sportive. Tale materiale presenta infatti, nelle condizioni previste dal "test interno ad alta temperatura", importanti delaminazioni superficiali. E' anche nota dallo stato dell’arte, precisamente da US 5,433,774, la realizzazione di sistemi frenanti comprendenti una matrice legante a base di silicati priva di resine organiche termoindurenti. Tali sistemi a base di silicati, eventualmente addizionati con ossidi alcalini e alluminati, sono in genere prodotti a basse temperature e in assenza di alte pressioni mediante un processo di curing in cui una miscela di ossido di silicio e altri silicati, almeno parzialmente solubili in acqua, generino a bassa temperatura una matrice compatta tridimensionale. In tale processo l’acqua non partecipa alla reazione di formazione del sistema frenante, ma si comporta esclusivamente da solvente, evaporando completamente. US'774 descrive quindi già un materiale d'attrito privo di resine fenoliche, come anche il materiale d'attrito descritto in WO'142, che tuttavia, quando sottoposto al "test interno ad alta temperatura", non risulta essere soddisfacente dal punto di vista prestazionale. Nella domanda WO2017/068541 è stata poi individuata una composizione o matrice legante a base di un legante idraulico, che permette la realizzazione di materiali d’attrito/frenanti e l’uso di detti materiali d’attrito in pastiglie frenanti che soddisfino le necessarie specifiche tecniche, quali quelle termomeccaniche, anche nelle condizioni previste dal "test interno ad alta temperatura", garantendo allo stesso tempo un’elevata eco-sostenibilità.
A differenza delle pastiglie prodotte con resina fenolica che presentano un tempo di stoccaggio limitato, le pastiglie prodotte con materiale d'attrito cementizio, descritte nelle domande precedentemente citate, sono caratterizzate da un tempo di stoccaggio o maturazione di 28 giorni, vale a dire che è possibile effettuare la rifinitura finale della pastiglia soltanto dopo un tempo di stoccaggio o maturazione di 28 giorni. Nel settore delle pastiglie frenanti a base di materiale cementizio è quindi particolarmente sentita l'esigenza di ridurre i tempi di stoccaggio o maturazione e quindi di velocizzare i tempi di messa in opera, mantenendo però allo stesso tempo sostanzialmente invariate le proprietà meccaniche. La riduzione dei tempi di stoccaggio o maturazione è particolarmente importante anche per ridurre il costo delle pastiglie cementizie così prodotte.
E' quindi oggetto della presente invenzione un materiale d'attrito per pastiglie frenanti che comprende o consiste in
i) una mescola frenante multicomponente e
ii) una composizione o matrice legante a base di un legante idraulico, comprendente:
a) un legante idraulico costituito da clinker di cemento comune, composto per almeno due terzi in massa da silicati di calcio [3CaO•SiO2] e [2CaO•SiO2], la parte rimanente essendo costituita da Al2O3, Fe2O3 e/o altri ossidi minori;
b) un attivatore scelto tra uno o più sali e/o idrossidi e/o ossidi di metalli alcalini e/o alcalino terrosi e/o di silicio;
c) uno o più materiali ad attività pozzolanica o uno o più materiali ad attività idraulica latente e/o miscele degli stessi,
detta composizione o matrice legante essendo indurita mediante reazione di idratazione con acqua, caratterizzata dal fatto che
il legante idraulico a) ha una finezza, misurata secondo lo standard UNI EN 196-6:2010, metodo di permeabilità all’aria (Blaine), compresa tra 10000 e 13000 cm<2>/g, più preferibilmente tra 10500 e 12500 cm<2>/g e ancor più preferibilmente compresa tra 10700 e 12000 cm<2>/g e
la componente c) ha una finezza, misurata secondo lo standard UNI EN 196-6:2010 metodo di permeabilità all’aria (Blaine), compresa tra 6000 e 9000 cm<2>/g, preferibilmente tra 6700 e 8000 cm<2>/g.
Ulteriore oggetto della presente invenzione sono anche pastiglie frenanti costituite da
un materiale d’attrito comprendente i) una mescola frenante multicomponente, ii) una composizione legante a base di un legante idraulico e iii) una base di supporto metallica.
Sono anche oggetto della presente invenzione l’uso di detti materiali d’attrito in pastiglie frenanti e in ulteriori applicazioni industriali.
Nel testare le caratteristiche tribologiche del materiale d’attrito secondo la presente invenzione è stato utilizzato, come detto in precedenza, anche un test denominato "test interno ad alta temperatura" come descritto nella domanda WO2017/068541. Tale test è eseguito su banco dinamico, dove viene montato il setup sperimentale, comprensivo di pinza, disco e pastiglie freno, che replica l’impianto installato su un semiasse della vettura scelta, a cui viene collegato un volano che simula un carico inerziale equivalente alla massa del veicolo a pieno carico. Una prima fase di rodaggio prevede 60 frenate da 80 Km/h a 30 Km/h con decelerazione comandata di 3 m/s<2 >e temperatura inziale del disco di 100°C. Il test consiste quindi in una serie di frenate tutte con velocità inziale definita, pari all’80% della velocità massima del veicolo e velocità finale pari a 90 Km/h, con una decelerazione maggiore o uguale a 7 m/s<2>. In totale si eseguono 25 frenate intervallate tra loro da un tempo di raffreddamento di 80 secondi, a cui seguono 5 frenate nelle stesse condizioni di velocità e decelerazioni delle precedenti, eseguite però dopo raffreddamento dell’impianto alla temperatura iniziale del disco sopra indicata. Il materiale d’attrito secondo la presente invenzione supera il test sopra descritto, come anche il materiale secondo WO'541 e si rivela più performante rispetto al materiale d'attrito descritto nella domanda di brevetto WO'142 e nel brevetto US'774.
Inoltre e soprattutto, il materiale d'attrito secondo la presente invenzione è caratterizzato da tempi di stoccaggio o maturazione di sette (7) giorni, decisamente ridotti rispetto ai 28 giorni di tutti i materiali d'attrito cementizi dello stato dell'arte.
Al termine del settimo giorno è possibile così effettuare la prevista rifinitura, cioè la rettifica delle dimensioni delle pastiglie e la successiva verniciatura.
Le composizioni leganti a base di un legante idraulico del materiale d'attrito oggetto della presente invenzione, permettono quindi di ottenere risultati migliori rispetto ai materiali d'attrito cementizi dello stato dell'arte in termini di tempo di stoccaggio o maturazione e quindi di velocità di messa in opera, migliorando o mantenendo sostanzialmente invariate le proprietà meccaniche anche in condizioni di test decisamente severe, nonché prestazioni globalmente migliorate per la pastiglia frenante secondo la presente invenzione. Infatti, le composizioni leganti secondo la presente invenzione forniscono prestazioni in termini di attrito, resistenza all’usura e all'abrasione, capacità frenante, durata e altre caratteristiche, sostanzialmente uguali rispetto non solo a un prodotto convenzionale che utilizza materiali a base di resine termoindurenti, ma anche rispetto a prodotti noti che utilizzano altri tipi di leganti cementizi.
Il vantaggio fondamentale del materiale d'attrito secondo la presente invenzione, rispetto ai materiali d'attrito a base di composizioni cementizie già noti allo stato dell'arte, è rappresentato quindi dal fatto che il materiale d'attrito secondo la presente invenzione è caratterizzato da una forte riduzione dei tempi di stoccaggio o maturazione e quindi da una velocizzazione della messa in opera, superando allo stesso tempo il test ad alte temperature sopra descritto e rivelandosi così ugualmente o più performante rispetto ai materiali d'attrito cementizi descritti nella prior art precedentemente citata.
Con il termine “composizione o matrice legante a base di legante idraulico”, secondo la presente invenzione, si intende perciò un materiale in polvere comprendente, o costituito da, un legante idraulico, un attivatore e uno o più materiali ad attività pozzolanica o uno o più materiali ad attività idraulica latente e/o relative miscele.
Con il termine “legante idraulico” si intende un materiale in polvere che, mescolato con acqua, indurisce per idratazione indipendentemente dalle condizioni di temperatura purché superiori a 4°C (temperatura alla quale l’acqua non è più presente in una forma disponibile per la reazione d'idratazione) e che, dopo l’indurimento, mantiene la sua resistenza e stabilità.
Il legante idraulico a) presente nella composizione legante del materiale d'attrito secondo la presente invenzione comprende un qualsiasi clinker di cemento comune, come definito secondo la norma UNI EN 197.1:2011, cioè un materiale idraulico composto per almeno due terzi in massa da silicati di calcio [3CaO•SiO2] e [2CaO•SiO2], la parte rimanente essendo Al2O3, Fe2O3 e altri ossidi minori (per esempio un clinker di cemento Portland).
Per ossidi minori si intendono ossidi di altri metalli abitualmente presenti nel clinker comune, quali ossidi di magnesio e/o di potassio, in una quantità minoritaria, uguale a circa il 2-3% in peso rispetto al peso totale del clinker di cemento.
Nell’ampia definizione di legante idraulico secondo la presente invenzione sono compresi sia i cementi bianchi, grigi o pigmentati definiti secondo la già citata norma UNI EN 197.1:2011, sia i cosiddetti cementi per sbarramenti di ritenuta, gli agglomeranti cementizi e le calci idrauliche, come definiti nella Legge italiana 26 Maggio 1965 N. 595, e i silicati inorganici.
Cementi preferiti quale “legante idraulico” secondo la presente invenzione sono il cemento Portland di tipo I, cemento d'altoforno di tipo III, cemento pozzolanico di tipo IV e relative miscele.
Preferibilmente quindi, il “legante idraulico” a) è cemento Portland di tipo I, cemento d'altoforno di tipo III, cemento pozzolanico di tipo IV e relative miscele, con una finezza, misurata secondo lo standard UNI EN 196-6:2010 metodo della permeabilità all’aria (Blaine), compresa tra 10000 e 13000 cm<2>/g, più preferibilmente tra 10500 e 12500 cm<2>/g e ancor più preferibilmente compresa tra 10700 e 12000 cm<2>/g.
La scelta di questi particolari tipi di cemento permette, infatti, di incrementare maggiormente la stabilità termica e la resistenza meccanica, che risultano massime nel caso del cemento Portland di tipo I macinato a una finezza preferita tra 10700 e 12000 cm<2>/g.
La composizione legante ii) a base di legante idraulico secondo la presente invenzione comprende anche un componente b) che è un attivatore scelto tra uno o più sali e/o idrossidi e/o ossidi di metalli alcalini e/o alcalino terrosi e/o di silicio. I sali e/o idrossidi e/o ossidi di metalli alcalini, alcalino-terrosi e/o di silicio possono essere aggiunti in forma di polvere o in soluzione a diversa concentrazione.
Esempi di tali sostanze sono: ossido di silicio, ossido di potassio, ossido di sodio, idrossido di potassio, idrossido di sodio e silicati. Esempi preferiti di tali sostanze sono: ossido di silicio, ossido di potassio, idrossido di potassio e silicati.
La composizione legante ii) a base di legante idraulico secondo la presente invenzione deve comprendere anche un componente c) costituito da uno o più materiali ad attività pozzolanica, quali preferibilmente microsilice, ceneri volanti, pozzolana, fumo di silice, metacaolino, e/o uno o più materiali ad attività idraulica latente, quali: loppa d’altoforno, calci idrate, calcari naturali.
Il componente c) ha una finezza, misurata secondo lo standard UNI EN 196-6:2010 metodo di permeabilità all’aria (Blaine), compresa tra 6000 e 9000 cm<2>/g, preferibilmente tra 6700 e 8000 cm<2>/g.
Il componente c) preferito della composizione legante secondo la presente invenzione è scelto tra loppa d'altoforno o metacaolino, preferibilmente con una finezza che varia da 6700 e 8000 cm<2>/g.
Un esempio non limitativo di loppa d’altoforno è quella con la seguente composizione chimica (analisi XRD):
Analisi Spettrofotometrica RX
La finezza della miscela ottenuta miscelando il legante idraulico a) e il componente c), misurata secondo lo standard UNI EN 196-6:2010 metodo di permeabilità all’aria (Blaine), è compresa tra 8000 e 11000 cm<2>/g, preferibilmente tra 9400 e 9800 cm<2>/g, più preferibilmente 9500 cm<2>/g.
Ai fini della presente invenzione, la composizione legante ii) a base di legante idraulico, può comprendere anche aggregati.
Tali aggregati, o inerti, definiti anche aggregati inerti, possono essere scelti tra aggregati calcarei, silicici o silico-calcarei, definiti secondo le norme UNI EN 13139:2003 e UNI EN 12620:2008. Gli aggregati possono essere opportunamente scelti tra aggregati calcarei, di quarzo o silico-calcarei in qualsiasi forma, frantumati o sferici. Tali aggregati possono comprendere uno o più filler di origine minerale, ad esempio filler calcarei, silicici, silico-calcarei o quarzo, aventi una granulometria fine secondo la definizione della norma UNI EN 13139:2003.
Ai fini della presente invenzione, la composizione legante ii) a base di un legante idraulico può contenere anche un agente o additivo impermeabilizzante o idrofobizzante. Tali agenti includono un’ampia varietà di composti di natura organica, quali i silani.
In aggiunta ai suddetti componenti, la composizione legante ii) a base di legante idraulico presente nel materiale d’attrito oggetto della presente invenzione, può comprendere vari altri additivi per adattare le caratteristiche della miscela a specifiche richieste. Esempi di tali additivi possono essere superfluidificanti, preferibilmente di tipo policarbossilico, agenti anti-ritiro, acceleratori di indurimento e/o presa, modificatori di reologia o di proprietà fisico-meccaniche, quali ad esempio cellulose o lattici, agenti espansivi, aeranti, disaeranti e adesivizzanti. Tali additivi sono opzionali ai fini dell’invenzione.
La composizione legante ii) a base di legante idraulico è presente in una quantità che varia dal 3 al 60% in peso rispetto al peso totale della miscela costituente il materiale d’attrito, preferibilmente è presente in una quantità che varia dal 5 al 52% in peso rispetto al peso totale della miscela costituente il materiale d’attrito (data dalla somma delle componenti i) e ii)).
La quantità preferita dal 5 al 52% in peso rispetto al peso totale della miscela costituente il materiale d’attrito consente di ottenere un materiale d’attrito ottimale in relazione alle caratteristiche di tenuta meccanica nel processo di shear e in condizioni termo-ossidative.
In tale composizione legante ii) a base di legante idraulico, il legante idraulico a) è presente in una quantità che varia dallo 0,5 al 95% in peso, preferibilmente dal 10 al 93%, rispetto al peso totale della composizione legante ii), l'attivatore b) è presente in una quantità che varia dallo 0,5 al 50% in peso rispetto al peso totale della composizione legante ii), i materiali ad attività pozzolanica e/o idraulica latente c), quando presenti, sono presenti in una quantità che varia dallo 0,5 al 95% in peso, preferibilmente dal 10 al 93%, rispetto al peso totale della composizione legante ii), eventuali aggregati sono presenti in una quantità che varia dallo 0 al 20% in peso rispetto al peso totale della composizione legante ii), eventuali additivi di diversa natura sono presenti in una quantità che varia dallo 0 al 5% in peso rispetto al peso totale della composizione legante ii).
Preferibilmente, il rapporto ottimale in peso tra legante idraulico a) e materiali ad attività pozzolanica e/o idraulica latente c), varia da 75:25 a 60:40, preferibilmente è uguale a 65 /35.
Inoltre, nella composizione legante ii) a base di legante idraulico preferita secondo la presente invenzione, il legante idraulico a) è cemento Portland di tipo I con una finezza che varia da 10000 e 13000 cm<2>/g, e i materiali ad attività pozzolanica e/o idraulica c) sono loppa d'altoforno con una finezza che varia tra 6000 e 9000 cm<2>/g, in un rapporto in peso uguale a 65/35.
Ai fini della presente invenzione, l’acqua totale aggiunta, necessaria per il processo d’indurimento del legante idraulico, è compresa in una quantità che varia dal 25 al 150% in peso rispetto al peso totale della composizione legante a base di legante idraulico ii), preferibilmente in una quantità che varia dal 50 al 150% in peso.
Una parte dell'acqua si elimina nella fase iniziale di pressatura durante la fase di stampaggio della pastiglia.
A chiarimento, la composizione legante ii), la cui quantità varia dal 3 al 60% in peso, è costituita dai componenti a), b) e c) ed, eventualmente, dagli aggregati e dagli additivi sopra citati con riferimento alla composizione legante. La quantità d'acqua varia quindi dal 25 al 150% rispetto al peso di tale composizione legante. Il materiale di attrito secondo la presente invenzione è un materiale che, oltre alla composizione legante ii) e all'acqua necessaria per l'indurimento, comprende anche una “Mescola Frenante Multicomponente” i), comprendente o costituita da: fibre, lubrificanti, abrasivi, modificatori di attrito e/o altri materiali aggiuntivi.
Il materiale di attrito secondo la presente invenzione, oltre alla composizione legante ii) a base di legante idraulico presente in una quantità che varia dal 3 al 60% in peso rispetto al peso totale della miscela costituente il materiale d’attrito e acqua in una quantità che varia dal 25 al 150% in peso rispetto al peso totale della composizione legante a base di legante idraulico ii), comprende anche una mescola frenante multicomponente i) in una quantità che varia dal 30 al 97% in peso, preferibilmente dal 50 al 95%, rispetto al peso totale della miscela costituente il materiale d’attrito.
La mescola frenante multicomponente i) del materiale d'attrito secondo la presente invenzione comprende almeno un lubrificante in una quantità che varia dal 5 al 15% in peso, almeno un abrasivo in una quantità che varia dall’8 al 25% in peso, almeno una componente contenente carbonio in una quantità che varia dall’8 al 25% in peso, almeno un modificante in una quantità che varia dal 15 al 30% in peso, tutte le percentuali essendo calcolate rispetto al peso totale della mescola frenante multicomponente i).
La mescola frenante multicomponente i) del materiale d’attrito secondo la presente invenzione può comprendere opzionalmente una o più fibre in una quantità che varia dal 2 al 30% in peso rispetto al peso totale della mescola frenante multicomponente i).
Quali possibili esempi di fibre, tra cui è scelta la fibra impiegata nella mescola frenante multicomponente i) del materiale d’attrito secondo la presente invenzione, si possono indicare: fibre a base di poliacrilonitrile, poliaramidi, fibre di cellulosa, fibre metalliche, fibre ceramiche, fibre vetrose, fibre minerali sintetiche come hardwool, slagwool e lana di roccia, fibre di acciaio e fibre di carbonio.
Quali possibili esempi di lubrificanti, tra cui è scelto il lubrificante della mescola frenante multicomponente i) del materiale d’attrito secondo la presente invenzione, si possono indicare lubrificanti organici e lubrificanti metallici, miscele di solfuri metallici (quali solfuri di stagno, solfuro di zinco, solfuri di ferro e solfuro di molibdeno), nitruro di boro, polvere di stagno e polvere di zinco.
Il lubrificante è preferibilmente scelto tra i solfuri metallici.
Quali possibili esempi di abrasivi, generalmente classificati in base alla loro durezza Mohs, tra cui è scelto l’abrasivo impiegato nella mescola frenante multicomponente i) del materiale d’attrito secondo la presente invenzione, si possono indicare fibre minerali, ossido di zirconio, zircone, silicato di zirconio, mica, allumina, minerali silicati, magnesio, zirconio e/o alluminio, silice, biossido di silicio, sabbia, carburo di silicio, ossido di ferro, cromite di ferro, ossido di magnesio e titanato di potassio.
L’abrasivo nel materiale d’attrito secondo la presente invenzione è preferibilmente scelto tra ossidi di metalli e altri abrasivi con durezza secondo scala Mohs superiore a 6.
Quali possibili esempi di componente contenente carbonio, tra cui è scelta detta componente della mescola frenante multicomponente i) del materiale d’attrito secondo la presente invenzione, si possono indicare grafite naturale, grafite sintetica, coke di petrolio, coke di petrolio desolforato e carbon black.
La suddetta componente contenente carbonio è preferibilmente scelta tra grafiti e coke.
Quali possibili esempi di modificanti, tra cui sono scelti i modificanti della mescola frenante multicomponente i) del materiale d’attrito secondo la presente invenzione, si citano calce, ossido di calcio, idrossido di calcio, talco, carbonato di calcio, silicato di calcio, barite, composti fluorurati, polveri metalliche, gomma in forma di polvere o gomma riciclata (in pezzi) e vari altri tipi di polveri di attrito.
Il modificante è preferibilmente scelto tra barite e polveri metalliche.
Un materiale d’attrito preferito secondo la presente invenzione è costituito da ii) una composizione legante a base di: a) cemento Portland di tipo I 52.5, con finezza 11840 cm<2>/g, b) silicato di potassio e idrossido di potassio da soli o in miscela o idrossido di sodio, c) loppa con finezza 6760 cm<2>/g, e acqua e da i) una mescola frenante multicomponente comprendente componenti preferibilmente scelti tra ossidi metallici, fibre di acciaio, fibre aramidiche, cromite, solfuri metallici, grafite, coke, polveri metalliche e barite.
Processo di preparazione.
Le diverse componenti sopra elencate, e precisamente la composizione legante ii), la mescola frenante multicomponente i) e l'acqua, formano il materiale d’attrito e, quando miscelati nel modo e nelle proporzioni suggerite, forniscono una classe di materiali di attrito con prestazioni superiori a quelle dei materiali cementizi secondo lo stato dell'arte.
Per una completa omogeneizzazione, il cemento, l’acqua, e le altre componenti che costituiscono il materiale d’attrito sono miscelati, nelle opportune proporzioni, fino all’ottenimento di un impasto omogeneo privo di grumi, di consistenza idonea, e che è quindi sottoposto alla procedura di stampaggio per la realizzazione delle pastiglie frenanti.
La miscela frenante così realizzata è, in seguito sottoposta a un processo di stampaggio a compressione a una temperatura che varia da 4 a 90°C, preferibilmente da 20 a 25°C, e ad una pressione che varia da 1 a 6 kN/cm<2>, preferibilmente da 2 a 5 kN/cm<2>, condizioni di temperatura e pressione che si sono dimostrate ottimali per lo stampaggio di pastiglie frenanti a partire dai materiali d’attrito secondo la presente invenzione.
Trascorsi 7 giorni circa di maturazione o stoccaggio dallo stampaggio, le pastiglie sono caratterizzate e testate come sotto indicato.
La caratterizzazione delle pastiglie realizzate mediante il procedimento di stampaggio con le formulazioni prescelte si basa sulla valutazione dei seguenti aspetti:
A) uniformità e regolarità del profilo dei bordi e assenza di difetti di forma; B) compressibilità e durezza superficiale;
C) caratteristiche tribologiche del materiale d’attrito, determinate attraverso le prove denominate AK Master e “test interno ad alta temperatura”.
Le caratterizzazioni A) e B) sono realizzate mediante i seguenti test:
A) uniformità e regolarità del profilo dei bordi e assenza di difetti di forma: si tratta sostanzialmente di una valutazione della prova di stampaggio che consiste nell’osservare i seguenti parametri: A1) riempimento omogeneo dello stampo con il materiale con il conseguente ottenimento di un manufatto privo di difetti; A2) osservazione di eventuali ossidazioni superficiali o rigonfiamenti anomali. Tali osservazioni sono condotte mediante verifica visiva e tramite misura di planarità e parallelismo del manufatto.
B) “compressibilità” secondo ISO-6310 e “durezza superficiale” secondo JIS D4421; la compressibilità e la durezza superficiale forniscono rispettivamente un’indicazione della variazione dimensionale in regime di compressione e un indice di omogeneità delle proprietà meccaniche tra zone periferiche e parte centrale della superficie della pastiglia.
Per un materiale d'attrito, valori accettabili di compressibilità secondo la norma ISO-6310, sono valori nell'intervallo da 20 a 120 micron, mentre valori accettabili di durezza superficiale (HRR) secondo la norma JIS D4421, sono valori nell'intervallo da 10 a 120.
C) Caratteristiche tribologiche
Le caratteristiche tribologiche del materiale d’attrito sono determinate attraverso le prove denominate SAE J2522 (denominata “AK Master”) e “test interno ad alta temperatura”.
La prova AK Master è un test di carattere prestazionale, nel quale si testa una coppia di pastiglie in varie condizioni di frenata: dopo una fase di rodaggio, si simulano una serie di frenate a diverse pressioni e velocità (basse, intermedie e alte), e frenate caratteristiche, quali frenate a freddo e frenate autostradali.
Il “test interno ad alta temperatura”, è eseguito su banco dinamico, dove viene montato il setup sperimentale, comprensivo di pinza, disco e pastiglie freno, che replica l’impianto installato su un semiasse della vettura scelta, a cui viene collegato un volano che simula un carico inerziale equivalente alla massa del veicolo a pieno carico. Una prima fase di rodaggio prevede 60 frenate da 80 Km/h a 30 Km/h con decelerazione comandata di 3 m/s<2 >e temperatura inziale del disco di 100°C. Il test consiste quindi in una serie di frenate tutte con velocità inziale definita pari all’80% della velocità massima del veicolo e velocità finale pari a 90 Km/h, con una decelerazione maggiore o uguale a 7 m/s<2>. In totale si eseguono 25 frenate intervallate tra loro da un tempo di raffreddamento di 80 secondi a cui seguono 5 frenate nelle stesse condizioni di velocità e decelerazioni delle precedenti, eseguite però dopo raffreddamento dell’impianto alla temperatura iniziale del disco sopra indicata.
Il principale vantaggio del materiale d’attrito secondo la presente invenzione è che esso permette di realizzare pastiglie frenanti, significativamente più ecosostenibili, non presentando, infatti, alcun rilascio di derivati fenolici o fenol-formaldeidici nell’ambiente, né durante l’utilizzo, né durante la produzione. Inoltre, grazie alle particolari caratteristiche delle composizioni leganti secondo la presente invenzione, esse garantiscono prestazioni analoghe a quelle di un materiale contenente resine fenoliche e prestazioni analoghe o superiori a quelle di un materiale contenente un materiale legante cementizio come quello descritto nella prior art precedentemente citata.
Vantaggio fondamentale del materiale d’attrito secondo la presente invenzione è legato al tempo di stoccaggio/maturazione di soli 7 giorni che permette di rendere molto più veloce la messa in opera e utilizzo della pastiglia e, sorprendentemente, nonostante il tempo di maturazione molto ridotto, le proprietà meccaniche del materiale d'attrito secondo la presente invenzione sono rimaste sostanzialmente invariate.
Altre caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dai seguenti esempi riportati a scopo illustrativo e non limitativo.
Esempio 1
E’ stato preparato un materiale d’attrito con la composizione riportata nella seguente tabella 1.
Tabella 1
Fibre Metalliche: Fibre d’acciaio 24%
Modificanti e fillers: Polveri metalliche e Barite 23,1%
Più precisamente il materiale d’attrito è stato preparato utilizzando una composizione legante in una percentuale uguale al 10.1 % in peso rispetto al peso totale del materiale d'attrito, contenente un cemento Portland del tipo I 52.5R Calusco, sovramacinato fino a una finezza uguale a 11840 cm<2>/g (blaine) circa e loppa d'altoforno con una finezza uguale a 6760 cm<2>/g circa.
Il cemento costituisce il 65% in peso della composizione legante, mentre la loppa costituisce il 35% circa in peso della composizione legante.
La miscela risultante ha quindi una finezza uguale a 9500 cm<2>/g.
La distribuzione granulometrica della composizione legante è riportata in figura 1, mentre i dati granulometrici con macinazione Laser sono riportati in Tabella 2, compresi le inclinazioni e i parametri di posizione x' e n secondo la funzione Rosin-Rammler-Sperling-Bennet (RRSB). In tabella 3 sono mostrate le proprietà fisicomeccaniche della composizione legante secondo lo standard EN13892-2:2005.
Tabella 2
Tabella 3
compressione Rck EN 13892-2:2005
2 giorni
Resistenza meccanica alla
compressione Rck 7 giorni EN 13892-2:2005 52,6 Resistenza meccanica alla
compressione Rck 28 giorni EN 13892-2:2005 70,2 Resistenza meccanica alla
flessione (2 giorni) EN 13892-2:2005 MPa 5,4 Resistenza meccanica alla
flessione (7 giorni) EN 13892-2:2005 MPa 7,5 Resistenza meccanica alla
flessione (28 giorni) EN 13892-2:2005 MPa 7,6 Area superficiale specifica
(Finezza Blaine) EN 196-6:2010 9740
Il materiale d’attrito così realizzato è stato stampato mediante opportuni stampi, a compressione, nelle condizioni di temperatura ambiente (20-25°C) e di pressione a 4,5 kN/cm<2>, portando alla realizzazione di una pastiglia avente superficie di 77 cm<2>, e spessore pari a 1,5 cm.
Più precisamente gli stampi utilizzati nelle prove riportate nel presente esempio sono stampi che prevedono la realizzazione di una pastiglia con una superficie di 77 cm<2>, e spessore pari a 1,5 cm.
Circa 7 giorni dopo lo stampaggio (tempo di maturazione) le pastiglie sono state verniciate secondo i metodi usuali e quindi caratterizzate e testate come sotto descritto.
Le pastiglie ottenute dalla formulazione riportata in tabella 1 sono state osservate visivamente e non mostrano né ossidazioni superficiali, né rigonfiamenti anomali. Sono state successivamente condotte misure di durezza superficiale HRR del manufatto così ottenuto secondo la norma JIS D4421, ottenendo un valore medio di 80, rilevando anche una buona omogeneità delle proprietà meccaniche tra zone superficiali periferiche e centrale della pastiglia.
Tale aspetto di omogeneità è di fondamentale importanza per realizzare un materiale d’attrito che non presenti potenziali punti di distacco e che sia caratterizzato da un’elevata resistenza all’usura.
Uniformità e regolarità del profilo dei bordi e omogeneità della parte centrale della pastiglia rispetto alle zone periferiche sono elementi essenziali per avere un’usura della pastiglia analoga o migliorata rispetto ai valori tipici di pastiglie che utilizzano resine fenoliche quali leganti.
Le prove di “Compressibilità” secondo ISO-6310:2009 hanno evidenziato un valore medio uguale a 35,6 micron.
Le pastiglie, testate secondo la prova AK Master, hanno mostrato valori di usura di 0,30 mm (il dato si riferisce alla media delle misure eseguite sulla coppia di pastiglie), un coefficiente d’attrito medio uguale a 0,37, mentre l’aspetto di pastiglie e dischi è risultato visivamente accettabile rispetto allo standard rappresentato da pastiglie tradizionali ottenute con resine termoindurenti.
Le pastiglie testate secondo il “test interno ad alta temperatura”, descritto precedentemente, non presentano alcun distacco di materiale da delaminazioni e/o estese e significative criccature al termine del test.
Esempio 2 (confronto)
E’ stato preparato un materiale d’attrito con la stessa composizione riportata nella tabella 1 dell'esempio 1.
Precisamente il materiale d’attrito è stato preparato utilizzando una composizione legante in una percentuale uguale al 10.1 % in peso rispetto al peso totale del materiale d'attrito, contenente un cemento Portland del tipo I 52.5R Calusco, sovramacinato fino a una finezza uguale a 6100 cm<2>/g (blaine) circa e loppa d'altoforno con una finezza uguale a 3900 cm<2>/g circa.
Il cemento costituisce il 65% in peso della composizione legante, mentre la loppa costituisce il 35% circa in peso della composizione legante.
La miscela risultante ha quindi una finezza uguale a 5430 cm<2>/g.
I dati granulometrici con macinazione Laser sono riportati in Tabella 4, compresi le inclinazioni e i parametri di posizione x' e n secondo la funzione Rosin-Rammler-Sperling-Bennet (RRSB). In tabella 5 sono mostrate le proprietà fisico-meccaniche della composizione legante secondo lo standard EN13892-2:2005.
Tabella 4
Tabella 5
La parte restante del materiale d'attrito è costituita dalla Mescola frenante Multicomponente.
Le quantità percentuali di ciascun componente del materiale d'attrito sono frazioni in peso rispetto al peso totale della miscela che costituisce il solo materiale d’attrito.
Il materiale d’attrito così realizzato è stato stampato mediante opportuni stampi, a compressione, nelle condizioni di temperatura ambiente (20-25°C) e di pressione a 4,5 kN/cm<2>, portando alla realizzazione di una pastiglia avente superficie di 77 cm<2>, e spessore pari a 1,5 cm.
Più precisamente gli stampi utilizzati nelle prove riportate nel presente esempio sono stampi che prevedono la realizzazione di una pastiglia con una superficie di 77 cm<2>, e spessore pari a 1,5 cm.
Circa 28 giorni dopo lo stampaggio (tempo di maturazione) le pastiglie sono state verniciate secondo i metodi usuali e quindi caratterizzate e testate come sotto descritto. E' stato impossibile effettuare la caratterizzazione delle pastiglie prima dei 28 giorni.
Le pastiglie ottenute dalla formulazione riportata in tabella 1 sono state osservate visivamente e non mostrano né ossidazioni superficiali, né rigonfiamenti anomali. Sono state successivamente condotte misure di durezza superficiale HRR del manufatto così ottenuto secondo la norma JIS D4421, ottenendo un valore medio di 90, rilevando anche una buona omogeneità delle proprietà meccaniche tra zone superficiali periferiche e centrale della pastiglia.
Tale aspetto di omogeneità è di fondamentale importanza per realizzare un materiale d’attrito che non presenti potenziali punti di distacco e che sia caratterizzato da un’elevata resistenza all’usura.
Uniformità e regolarità del profilo dei bordi e omogeneità della parte centrale della pastiglia rispetto alle zone periferiche sono elementi essenziali per avere un’usura della pastiglia analoga o migliorata rispetto ai valori tipici di pastiglie che utilizzano resine fenoliche quali leganti.
Le prove di “Compressibilità” secondo ISO-6310:2009 hanno evidenziato un valore medio uguale a 30 micron.
Le pastiglie, testate secondo la prova AK Master, hanno mostrato valori di usura di 0,30 mm (il dato si riferisce alla media delle misure eseguite sulla coppia di pastiglie), un coefficiente d’attrito medio uguale a 0,36, mentre l’aspetto di pastiglie e dischi è risultato visivamente accettabile rispetto allo standard rappresentato da pastiglie tradizionali ottenute con resine termoindurenti.
Analizzando i risultati degli esempi 1 e 2 è possibile rilevare che le pastiglie dell'esempio 1, cioè ottenute a partire da una composizione legante con una finezza uguale a 9740cm<2>/g, hanno mostrato un leggero miglioramento nelle performance fisico-meccaniche rispetto alle pastiglie dell'esempio 2, cioè ottenute a partire da una composizione legante con una finezza uguale a 5430cm<2>/g, ma molto sorprendentemente il risultato del test AK master dopo soli 7 giorni di stoccaggio o maturazione (coefficiente di attrito e usura delle pastiglie) è del tutto analogo a quello ottenuto per le pastiglie dell'esempio 2 che richiedono un tempo di maturazione o stoccaggio di 28 giorni.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Materiale d'attrito per pastiglie frenanti che comprende o consiste in i) una mescola frenante multicomponente e ii) una composizione o matrice legante a base di un legante idraulico, comprendente: a) un legante idraulico costituito da clinker di cemento comune, composto per almeno due terzi in massa da silicati di calcio [3CaO•SiO2] e [2CaO•SiO2], la parte rimanente essendo costituita da Al2O3, Fe2O3 e/o altri ossidi minori; b) un attivatore scelto tra uno o più sali e/o idrossidi e/o ossidi di metalli alcalini e/o alcalino terrosi e/o di silicio; c) uno o più materiali ad attività pozzolanica o uno o più materiali ad attività idraulica latente e/o miscele degli stessi, detta composizione o matrice legante essendo indurita mediante reazione di idratazione con acqua, caratterizzata dal fatto che il legante idraulico a) ha una finezza, misurata secondo lo standard UNI EN 196-6:2010, metodo di permeabilità all’aria (Blaine), compresa tra 10000 e 13000 cm<2>/g, più preferibilmente tra 10500 e 12500 cm<2>/g e ancor più preferibilmente compresa tra 10700 e 12000 cm<2>/g e la componente c) ha una finezza, misurata secondo lo standard UNI EN 196-6:2010 metodo di permeabilità all’aria (Blaine), compresa tra 6000 e 9000 cm<2>/g, preferibilmente tra 6700 e 8000 cm<2>/g.
  2. 2. Materiale d’attrito secondo la rivendicazione 1, dove il legante idraulico a) è clinker di cemento Portland di tipo I, cemento d'altoforno di tipo III, cemento pozzolanico di tipo IV e relative miscele, preferibilmente clinker di cemento Portland di tipo I.
  3. 3. Materiale d’attrito secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove il componente b) della composizione legante ii) è scelto tra ossido di silicio, di potassio, di sodio, idrossido di potassio, di sodio e/o silicati, preferibilmente è scelto tra ossido di silicio, ossido di potassio, idrossido di potassio e/o silicati.
  4. 4. Materiale d’attrito secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove il componente c) della composizione legante ii) è scelto tra uno o più materiali ad attività pozzolanica, quali preferibilmente microsilice, ceneri volanti, pozzolana, fumo di silice, metacaolino, e/o uno o più materiali ad attività idraulica latente, quali loppa d’altoforno; calci idrate; calcari naturali, preferibilmente il componente c) è loppa d'altoforno o metacaolino.
  5. 5. Materiale d’attrito secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove la composizione legante ii) a base di legante idraulico è presente in una quantità che varia dal 3 al 60% in peso rispetto al peso totale della miscela costituente il materiale d’attrito, preferibilmente è presente in una quantità che varia dal 5 al 52% in peso rispetto al peso totale della miscela costituente il materiale d’attrito.
  6. 6. Materiale d’attrito secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove il legante idraulico a) è presente in una quantità che varia dallo 0,5 al 95%, preferibilmente dal 10 al 93%, in peso rispetto al peso totale della composizione legante ii), l'attivatore b) è presente in una quantità che varia dallo 0,5 al 50% in peso rispetto al peso totale della composizione legante ii), i materiali ad attività pozzolanica e/o idraulica latente c), quando presenti, sono presenti in una quantità che varia dallo 0,5 al 95%, preferibilmente dal 10 al 93%, in peso rispetto al peso totale della composizione legante ii), eventuali aggregati sono presenti in una quantità che varia dallo 0 al 20% in peso rispetto al peso totale della composizione legante ii), eventuali additivi di diversa natura sono presenti in una quantità che varia dallo 0 al 5% in peso rispetto al peso totale della composizione legante ii).
  7. 7. Materiale d’attrito secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove l’acqua totale aggiunta è compresa in una quantità che varia dal 25 al 150% in peso rispetto al peso totale della composizione legante a base di legante idraulico ii), preferibilmente in una quantità che varia dal 50 al 150% in peso.
  8. 8. Materiale d'attrito secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, dove la mescola frenante multicomponente i) è presente in una quantità che varia dal 30 al 97% in peso, preferibilmente dal 50 al 95% rispetto al peso totale della miscela costituente il materiale d’attrito.
  9. 9. Materiale d’attrito secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove la mescola frenante multicomponente i) comprende almeno un lubrificante in una quantità che varia dal 5 al 15% in peso, almeno un abrasivo in una quantità che varia dall’8 al 25% in peso, almeno una componente contenente carbonio in una quantità che varia dall’8 al 25% in peso, almeno un modificante in una quantità che varia dal 15 al 30% in peso, tutte le quantità essendo calcolate rispetto al peso totale della mescola frenante multicomponente i).
  10. 10. Materiale d’attrito secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, dove il materiale d’attrito consiste in i) una mescola frenante multicomponente comprendente componenti preferibilmente scelti tra ossidi metallici, fibre di acciaio, fibre aramidiche, cromite, solfuri metallici, grafite, coke, polveri metalliche e barite; e da ii) una composizione legante a base di: a) cemento Portland di tipo I 52.5, con finezza 11840 cm<2>/g, b) silicato di potassio e idrossido di potassio da soli o in miscela o idrossido di sodio, c) loppa con finezza 6760 cm<2>/g, e acqua.
  11. 11. Pastiglie frenanti costituite da un materiale d’attrito secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 10 e da una base di supporto metallica.
  12. 12. Uso di un materiale d’attrito comprendente una composizione legante a base di un legante idraulico e una mescola frenante multicomponente secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 10, per pastiglie frenanti e altre applicazioni industriali.
IT102018000009461A 2018-10-15 2018-10-15 Materiali di attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti IT201800009461A1 (it)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102018000009461A IT201800009461A1 (it) 2018-10-15 2018-10-15 Materiali di attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti
CN201980067635.4A CN112840142B (zh) 2018-10-15 2019-10-14 基于粘合剂组合物的用于制动衬块的具有低存储时间的摩擦材料和相关的制动衬块
US17/285,765 US20210388880A1 (en) 2018-10-15 2019-10-14 Friction materials with low storage time for brake pads based on binder compositions and related brake pads
EP19801627.1A EP3867546A1 (en) 2018-10-15 2019-10-14 Friction materials with low storage time for brake pads based on binder compositions and related brake pads
JP2021520990A JP2022505087A (ja) 2018-10-15 2019-10-14 結合材組成物ベースの低保管時間のブレーキパッド用摩擦材料及び関連するブレーキパッド
PCT/IB2019/058737 WO2020079562A1 (en) 2018-10-15 2019-10-14 Friction materials with low storage time for brake pads based on binder compositions and related brake pads

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102018000009461A IT201800009461A1 (it) 2018-10-15 2018-10-15 Materiali di attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti

Publications (1)

Publication Number Publication Date
IT201800009461A1 true IT201800009461A1 (it) 2020-04-15

Family

ID=65031666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT102018000009461A IT201800009461A1 (it) 2018-10-15 2018-10-15 Materiali di attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210388880A1 (it)
EP (1) EP3867546A1 (it)
JP (1) JP2022505087A (it)
CN (1) CN112840142B (it)
IT (1) IT201800009461A1 (it)
WO (1) WO2020079562A1 (it)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0273181A2 (en) * 1986-12-23 1988-07-06 Cemcom Corporation Cementitious composite material containing metal fiber
US5433774A (en) 1990-08-02 1995-07-18 Miba Frictec Gesellschaft M.B.H. Friction lining and process for the production thereof
WO2014203142A1 (en) 2013-06-17 2014-12-24 Italcementi S.P.A. Friction material for brake pads and related brake pads
WO2017068541A1 (en) 2015-10-23 2017-04-27 Italcementi S.P.A. Improved friction materials for brake pads based on binding compositions and related brake pads

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB781686A (en) * 1955-02-07 1957-08-21 Diamond Alkali Co Improvements in or relating to friction elements
US3349871A (en) * 1965-07-08 1967-10-31 Dayton Steel Foundry Co Brake pad structure
US4505753A (en) * 1983-06-30 1985-03-19 Research One Limited Partnership Cementitious composite material
US4792361A (en) * 1986-08-08 1988-12-20 Cemcom Corp. Cementitious composite friction compositions
CN103889919B (zh) * 2011-08-18 2017-02-15 海德堡水泥公司 作为波特兰水泥添加剂的硫硅钙石
CN103834362B (zh) * 2012-11-21 2015-11-18 上海汽车集团股份有限公司 一种无铜摩擦材料组合物以及由其制备的摩擦材料
CN103423345B (zh) * 2013-08-28 2015-10-14 李美凤 一种掺有竹纤维的汽车刹车片
JP6867783B2 (ja) * 2016-11-02 2021-05-12 曙ブレーキ工業株式会社 摩擦材組成物及び摩擦材

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0273181A2 (en) * 1986-12-23 1988-07-06 Cemcom Corporation Cementitious composite material containing metal fiber
US5433774A (en) 1990-08-02 1995-07-18 Miba Frictec Gesellschaft M.B.H. Friction lining and process for the production thereof
WO2014203142A1 (en) 2013-06-17 2014-12-24 Italcementi S.P.A. Friction material for brake pads and related brake pads
WO2017068541A1 (en) 2015-10-23 2017-04-27 Italcementi S.P.A. Improved friction materials for brake pads based on binding compositions and related brake pads
US20180231087A1 (en) * 2015-10-23 2018-08-16 Italcementi S.P.A. Improved friction materials for brake pads based on binding compositions and related brake pads

Also Published As

Publication number Publication date
EP3867546A1 (en) 2021-08-25
US20210388880A1 (en) 2021-12-16
CN112840142A (zh) 2021-05-25
WO2020079562A1 (en) 2020-04-23
CN112840142B (zh) 2023-07-04
JP2022505087A (ja) 2022-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6525973B2 (ja) ブレーキパッドの摩擦材料及び関連するブレーキパッド
US10895299B2 (en) Friction materials for brake pads based on binding compositions and related brake pads
US9856171B2 (en) Ultra-high performance glass concrete and method for producing same
US20210323192A1 (en) Method for the preparation of friction material, specifically for the manufacture of brake pads and associated brake pads
Chandrasekhar Reddy Investigation of mechanical and microstructural properties of fiber-reinforced geopolymer concrete with GGBFS and metakaolin: novel raw material for geopolymerisation
Witzke et al. Abrasion resistance of metakaolin-based geopolymers through accelerated testing and natural wear
Dobiszewska et al. Properties of mortar made with basalt powder as sand replacement
IT201800009461A1 (it) Materiali di attrito a ridotto tempo di stoccaggio per pastiglie frenanti a base di composizioni leganti e relative pastiglie frenanti
JPS6236059A (ja) 高強度セメント組成物
IT202000011716A1 (it) Pastiglia del freno con un materiale di attrito avente un legante geopolimerico
De Sam et al. Studies on ambient cured geopolymer concrete
Sam et al. Studies on ambient cured geopolymer concrete
WO2023238090A1 (en) Method for the preparation of friction materials, in particular for the manufacture of brake pads, and associated brake pad
CN112250346A (zh) 一种沥青混凝土路面施工方法
CN117125955A (zh) 一种应用于乳化沥青稀浆封层的快硬早强材料及制备方法
JP2004292296A (ja) スラグ硬化体の製造方法
CN111635180A (zh) 一种环保型路面混凝土及其制备方法
JPH07109162A (ja) 無石綿セメント系押出成形板の製造法